第5章 同步时序电路的设计

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1、第5章同步时序电路设计5.1同步时序电路的建模5.2用触发器实现同步时序电路5.3用MSI时序模块设计同步时序电路5.4应用设计实例设计要求原始状态图最简状态图画电路图检查电路能否自启动1246时序电路的设计步骤：选触发器，求时钟、输出、状态、驱动方程5状态分配3化简5.1同步时序电路的建模5.1.1根据输入序列推导状态表(图)例5.1设计一个“01”序列检测器。解：序列检测器，又称序列识别器。它是在输入变量为某些特定序列值时，能在输出端产生一个指定响应的同步时序电路。该电路的功能：当连续输入序列“01”时，电路输出为1，否则输出为0。序列监测器xzCP(a)CP1

2、234567891011121314x0101000000111101010000001000(b)图5.1“01”序列检测器①确定输入变量和输出变量该电路的输入变量为x，代表输入串行序列，输出变量为z，表示检测结果。根据设计命题的要求，可分析出输入x和输出z之间的关系为：z01②设置状态状态是指需要记忆的信息或事件，由于状态编码还没有确定，所以它用字母或符号来表示。分析题意可知，该电路必须记住以下几件事：收到了一个0；收到了一个0之后又紧接着收到一个1。因此，加上初始状态，共需三个状态，并规定如下：S0：初始状态，表示电路还没有收到一个0。S1：表示电路收到了一

3、个0的状态。S2：表示电路收到了01的状态。以每一个状态作为现态，分析在各种输入条件下电路应转向的新状态和输出。该电路有一个输入变量X，因此，每个状态都有两条转移线，画状态图时应先从初始状态S0出发。③画状态图，列状态表。S01/0S10/0i)当电路处于S0状态时，若输入x=1，则输出z=0，电路保持S0状态不变，表示还未收到0；若x=0，电路应记住输入的0，因此，电路应转向新状态S1，输出z=0。ii)当电路处于S1状态时，若输入x=0，则输出z=0，电路停留在S1状态等待序列“01”中的元素“1”的到来；若输入x=1时，电路的输入序列中出现了需要检测的信

4、息“01”，电路转向新状态S2，输出z=1。S01/0S10/00/0S21/1iii)当电路处于S2状态时，若输入x=1时，输出z=0，电路回到初始状态S0，重新等待检测序列的第一个元素“0”的到来；若输入x=0，则输出z=0，电路回到S1状态等待第二个检测元素“1”的到来。S01/0S10/00/0S21/10/01/0图5.2“01”序列检测器的建模过程根据状态图列出状态表，如表5.1所列。其中，PS(PresentState)指现态；NS(NextState)指次态。xPS01S0S1S2S1/0S0/0S1/0S2/1S1/0S0/0NS/z表5.1“01

5、”序列监测器状态表等价状态相互等价的若干状态只需保留一个，其余均可删除，这一过程称为状态化简。两个等价状态记作{S0S2}在对时序电路建模时，所推导出的状态图(表)可能不是最简的，为此，称此时建立的模型为原始状态图(表)【附加例】建立“111”序列检测器的原始状态图和原始状态表。该电路的功能是当连续输入三个或三个以上“1”时，电路输出为1，否则输出为0。解：①确定输入变量和输出变量。设该电路的输入变量为X，代表输入串行序列，输出变量为Z，表示检测结果。根据设计命题的要求，可分析出输入X和输出Z之间的关系为:X011011111011Z000000111000

6、②设置状态。分析题意可知，该电路必须记住以下几件事：收到了一个1；连续收到了两个1；连续收到了三个1。因此，加上初始状态，共需四个状态，并规定如下：S0：初始状态，表示电路还没有收到一个有效的1。S1：表示电路收到了一个1的状态。S2：表示电路收到了连续两个1的状态。S3：表示电路收到了连续三个1的状态。③画状态图，列状态表。以每一个状态作为现态，分析在各种输入条件下电路应转向的新状态和输出。该电路有一个输入变量X，因此，每个状态都有两条转移线，画状态图时应先从初始状态S0出发，完整的状态图如下图图所示，并可作状态表如下表所示。上例mealy原始状态图上例

7、mealy型原始状态表当电路处于S0状态时，表示电路还没有收到一个有效的1，则输出Z=0；若输入X=0，则电路保持S0状态不变；若输入X=1，电路应记住输入了一个1，电路应转向新状态S1。当电路处于S1状态时，表示电路收到了一个1，则输出Z=0；若输入X=0，电路回到S0状态重新开始；若输入X=1，电路应记住连续输入了两个1，因此，电路应转向新状态S2。当电路处于S2状态时，表示电路收到了两个1，则输出Z=0；若输入X=0，电路回到S0状态重新开始；若输入X=1，电路应记住连续输入了三个1，因此，电路应转向新状态S3。当电路处于S3状态时，表示电路收到了三个1，